第5章 电除尘器

vi Ki E
粒子迁移率Ki：单位场强下的离子运动速度。 Ki与气体温度T（K）和压力P(Pa)的关系为
，
TPN Ki＝Ki0 TN P
式中 Ki0—标态（
TN＝273K
p N＝1.013×105Pa）时的离子迁移率。
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起晕电压和伏安特性
起晕电压Vc：开始发生电晕放电时的电压；与之相 应的电场强度称为起晕场强Ec。 1. 管式电除尘器： Ec决定于气体的性质、电晕线的尺寸及其表面粗糙度。 对空气中圆极线的负电晕，皮克（Peek）提出了 计算起晕场强的经验公式，即
式中 A─集尘极面积（m2）； Q─气流量（m3/s）； w─粒子的驱进速度（m/s）。
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5.4.2 粒子驱进速度
1.理论粒子驱进速度
电场中运动着的荷电粒子所受库仑力Fe=qEp和 斯托克斯阻力FD=3πμdpw达到平衡时，荷电粒子便 达到了一个极限速度或终末沉降速度——驱进速度 w，其值为 d
2、电除尘器中的净化过程 气体电离
• 用电除尘的方法分离气体中的悬浮离子，需四个步骤：
在电晕区(其范围一般限于距电晕极周围2～3mm处) 内，正离子立即被电晕极 (负极)吸引过去，自由电 子被气流中的电负性气体分子俘获形成负离子，受 电场力的驱使向收尘极 (正极)移动，并充满到两极 间的绝大部分空间。含尘气流通过电场空间时，负 离子与粉尘碰撞并附在其上，使粉尘荷电。
• 除尘器类型
– 双区电除尘器－通风空气的净化 – 单区电除尘器－控制各种工艺尾气和燃烧烟 气污染
• 管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或 需要用水洗刷电极的场合 • 板式电除尘器为工业上应用的主要型式，气体处
理量一般为25～50m3/s以上
电除尘器的特点
(1) 压力损失小，一般为100～200Pa； 能耗低，0.2～0.4 kWh/1000m3。 电除尘过程与其他除尘过程的根本区别 在于： 分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上， 而不是作用在整个气流上。
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板式电除尘器的伏安特性（电压－电流关系）
i 4Cj s 4 o K i S ln( / r1 )
2
V (V Vc )
式中 C—两根极线中心距离的一半（m）； j—集尘极 板 的平均电流密度（A/m2）； Sx—两块平行极 板 之间距离的一半（m）； α—参数（m）α值根据Sx/C确定：Sx/C≤0.6时，α＝4 Sx/π； Sx/C≥2.0时，α＝（C/ π ）exp(π Sx/2C);0.6< Sx/C<2.0时， 由 上图确定。
• 形成在集尘电极上跳跃的现象，最后可能被气 流带出电除尘器。用电除尘器处理各种金属粉 尘和石墨粉尘、炭黑粉尘都可以看到这一现象。
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5.4 粒子的捕集
5.4.1捕集效率方程
1. 基本假定 a.紊流； b.粒子浓度和气流分布 均匀； c. 瞬间达到饱和荷电； d.不存在二次飞扬
2. 公式的推导
dn a (dx ) i C (dt ) Fdx dC i 1 exp( A i ) Q
电场荷电和扩散荷电的综合作用
• 处于中间范围 （0.2～1.0μm）的粒子，需同时考虑 电场荷电和扩散荷电
根据Robinson的研究，简单地将电场荷电和扩散荷电的 电荷相加，可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量， 与实验值基本一致。
5.3.2扩散荷电
扩散荷电是离子做不规则热运动和粒子相碰的 结果。它是小于0.2μm左右粒子的主要荷电机制。 怀特（White）导出不考虑电场影响的扩散荷 电电量计算公式为
在电晕极与收尘极之间施加直流高电压(一般为负 高压)，使电晕极附近的气体电离(即电晕放电)， 生成大量正离子和自由电子。
粉尘荷电
粉尘沉集 清灰
荷电粉尘在电场中受库仑力的作用被 驱向收尘极，到达收尘极后，放出负 电荷并沉积在其上。
电除尘器类型
（1）.按集尘极的型式分管式和板式
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（2）按粒子荷电和沉降的空间位置不同可分为单区和双区 电除尘器；
电场荷电
• 粒子获得的饱和电荷
2 0 p
q 3 0 E d ( ) 2 0 －真空介电常数，等于8.85×10-12 E0 一电场强度， V/m ,V/m 两极间平均场强 一粒子相对介电常数

影响电场荷电的因素
粒径dp和电场强度E0
一般粒子的荷电时间仅为0.1s，相当于气流在除 尘器内流动10～20cm所需要的时间，一般可以认 为粒子进入除尘器后立刻达到了饱和电荷
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2.有效驱进速度
根据在一定的除尘器结构形式和运行条件下 测得的总捕集效率值，代入多依奇方程反算出 相应的驱进速度值，称为有效驱进速度，用ωp 表示。
A 1 exp( 尘极总面积 和气体处理量以外的各种影响捕集效率的因素 包括在内的参数。
5
6
（3）根据清灰方式 干式电除尘器 湿式电除尘器
干式电除尘器是通过振打 等方法使电极上的积尘落 人灰斗中的。这种方式粉 尘后处理简单，便于综合 利用，因而最为常用。但 这种清灰方式易使沉积于 收尘极上的粉尘再次扬起 而进入气流中，造成二次 扬尘，使除尘效率降低。
湿式电除尘器是用喷雾或淋水、溢流等方式在收尘极表面形成 水膜将粘附于其上的粉尘带走的，由于水膜的作用避免了二次 扬尘，故除尘效率很高；同时没有振打设备，工作也较稳定； 但是产生大量泥浆，如不加适当处理，将造成二次污染。
为什么空气调节中的微粒净化装置不采用负电晕 而采用正电晕？
但负电晕放电时，产生速度很高的自由电子和负离子，在碰 撞电离过程中会产生比正电晕多得多的臭氧（ O3）和氮氧化 物（NOx），所以空气调节中的微粒净化装置不采用负电晕 而采用正电晕。
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离子迁移率
荷电离子在电场中的运动速度vi与电场强度E成正 比，即
为了保证电除尘器的正常运行，电晕区的范围不宜过大，应局限于电晕 极附近，避免过高的火化率，更要避免弧光放电。
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电 压
大
电子的附着和空间电荷的形成
黑字表示负 电晕，红字 表示正电晕 电子雪崩 自由电子 放电极 附着电负 性气体 形成空间电流
气体负离 子
正离子
负极
二次电子
形成空间电流
电子附着对保持稳定的负电晕是很重要的。电除尘所 遇到的气体中，一般都存在着数量足够的电负性气体，如 O2、Cl2、CCl4、HF、SO2等，因而有良好的电子附着性 质，也有良好的负电晕特性。
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为什么工业电除尘器一般都采用负电晕？
– 通常负电晕产生的负离子的迁移率（即电场强度为 1V/m时离 子的迁移速度）比正电晕产生的正离子的高。高离子迁移率 形成的离子电流也高；而且离子迁移率愈高，在电场中与粉 尘碰撞的机会也愈多，对粉尘的荷电有利。负电晕的起始电 晕电压低而击穿电压高，因而负电晕的有效工作电压范围比 正电晕宽，有利于电除尘器的运行。一般气体中有足够的电 负性气体分子以形成负离子，所以工业电除尘器一般都采用 负电晕。
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2.气体的温度和压力 气体压力升高或温度降低时，气体密度增加， 起晕电压升高。温度和压力的变化也影响离 子的迁移率，从而改变了伏安特性。 3.放电极的尺寸和形状
极线愈细，起晕电压愈低。 此外，管式电除尘器的圆管直 径，板 式电除尘器的极 板 间距， 电源电压的波形和电极上的粉 尘层等也对电晕放电产生一定 的影响。 图5-8 气体温度对伏安特性的影响
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5.4.3 影响捕集效率的因素
1.粉尘比电阻 – 电除尘器运行的最佳比电阻范围一般为 104～2×1010Ω·cm。 – 粒子比电阻过低，粒子沿着极板表面跳动 着前进，最后被气流带出除尘器。如石墨、 炭黑和金属粉末等。 – 粒子比电阻很高，出现反电晕。
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比电阻过低
• 如果灰尘的比电阻小于103--104Ω·cm，
m
qE p /( 3d p )
按上式计算的粒子驱进速度称为理论驱进速度， 它仅是粒子平均驱进速度的近似值。
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dt
qE p 3d p
对较大粒子，以电场荷电为主，驱进速度为

o p d p Eo E p

p
2
若粒子粒径小于1.0μm，计算出的驱进速度应乘 以肯宁汉修正系数Cu。 实测的驱进速度仅为按以上理论计算值的 1/2~1/10，
• 粒子荷电后，将排斥后来的离子。但由于热运 动的不规则性，总会有些离子具有能够克服排 斥力的扩散速度，因而扩散荷电不存在理论上 的饱和荷电。
• 小于0.2μm左右的粒子可仅考虑扩散荷电；大 于1.0μm的粒子可仅考虑电场荷电；对0.2～ 1.0μm的粒子，其总荷电量可近似取电场荷电 量与扩散荷电量之和。
管式电除尘器经简化的伏安特性（电 压－电流关系） 8 o K i i 2 V (V Vc ) r2 ln(r2 / r1 )
式中：εo—真空介电常数，εo＝8.85×10-12 C2/(N· m2)； Ki— 离子迁移率［m2/(V· s)］； i—电流线密度，即每米长电晕线发出的电流（A/m）； r1—电晕极半径（m）； r2—集尘极半径（m） 。
To P To P E c 3 10 m 0.03 TPo r1 TPo
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式中: T，P—分别为运行工况下的空气温度和压力；To＝293K， Po＝ 1.013×105Pa； m—电晕线表面的粗糙度系数，光洁电晕线m＝1，实际中 17 所遇到的电晕线可取m＝0.6～0.7。
粒子荷电
• 两种机理
– 电场荷电或碰撞荷电——离子在静电力作用下做
定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电。 – 扩散荷电——离子的扩散现象而导致的粒子荷电过 程；依赖于离子的热能，而不是依赖于电场 。 • 粒子的主要荷电过程取决于粒径 – 大于1m的微粒，以电场荷电为主 – 小于0.2m的微粒，以扩散荷电为主 – 介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。